EFI(可擴展固件接口)
EFI(可擴展固件接口)
可擴展固件接口(英文名Extensible Firmware Interface 或EFI)是由英特爾，一個主導個人電腦技術研發的公司推出的一種在未來的類PC的電腦系統中替代BIOS的升級方案。BIOS技術的興起源於IBM PC/AT機器的流行以及第一台由康柏公司研制生產的“克隆”PC。在PC启動的過程中，BIOS擔負着初始化硬件，檢測硬件功能，以及引導操作系統的責任，在早期，BIOS還提供一套運行時的服務程序给操作系統及應用程序使用。BIOS程序存放於一個掉電後內容不會丟失的只讀存儲器中，系統加電時處理器的第一條指令的地址會被定位到BIOS的存儲器中，便於使初始化程序得到執行。
EFI的產生
眾所周知，英特爾在近二十年來引領以x86系列處理器为基礎的PC技術潮流，它的產品如CPU，芯片組等在PC生產線中占據絕對領導的位置。因此，不少人認为這一舉動顯示了英特爾公司欲染指固件產品市場的野心。事實上，EFI技術源於英特爾安騰處理器(Itanium)平台的推出。安騰處理器是英特爾瞄准服務器高端市場投入近十年研發力量設計產生的與x86系列完全不同的64位新架構。在x86系列處理器進入32位的時代，由於兼容性的原因，新的處理器(i80386)保留了16位的運行方式(實模式)，此後多次處理器的升級換代都保留了這種運行方式。甚至在含64位擴展技術的至強系列處理器中，處理器加電启動時仍然會切換到16位的實模式下運行。英特爾將這種情況歸咎於BIOS技術的發展緩慢。自從PC兼容機廠商通過净室的方式复制出第一套BIOS源程序，BIOS就以16位匯編代碼，寄存器参數調用方式，靜態鏈接，以及1MB以下內存固定編址的形式存在了十幾年。雖然由於各大BIOS廠商近年來的努力，有許多新元素添加到產品中，如PnP BIOS，ACPI，傳統USB設備支持等等，但BIOS的根本性質沒有得到任何改變。這迫使英特爾在開發更新的處理器時，都必須考慮加進使效能大大降低的兼容模式。有人曾打了一個比喻：這就像保時捷新一代的全自動檔跑車被人生套上去一個蹩腳的掛檔器。
然而，安騰處理器並沒有這样的顧慮，它是一個新生的處理器架構，系統固件和操作系統之間的接口都可以完全重新定義。並且這一次，英特爾將其定義为一個可擴展的，標准化的固件接口規範，不同於傳統BIOS的固定的，缺乏文檔的，完全基於經驗和晦澀約定的一個事實標准。基於EFI的第一套系統產品的出現至今已經有五年的時間，如今，英特爾試圖將成功運用在高端服務器上的技術推廣到市場占有率更有優勢的PC產品線中，並承諾在2006年間會投入全力的技術支持。
比較EFI和BIOS
一個顯著的區別就是EFI是用模塊化，C語言風格的参數堆棧傳遞方式，動態鏈接的形式構建的系統，較BIOS而言更易於實現，容錯和糾錯特性更強，縮短了系統研發的時間。它運行於32位或64位模式，乃至未來增強的處理器模式下，突破傳統16位代碼的尋址能力，達到處理器的最大尋址。它利用加載EFI驅動的形式，識別及操作硬件，不同於BIOS利用掛載實模式中斷的方式增加硬件功能。後者必須將一段類似於驅動的16位代碼，放置在固定的0x000C0000至0x000DFFFF之間存儲區中，運行這段代碼的初始化部分，它將掛載實模式下約定的中斷向量向其他程序提供服務。例如，VGA圖形及文本輸出中斷(INT 10h)，磁盤存取中斷服務(INT 13h)等等。由於這段存儲空間有限(128KB)，BIOS對於所需放置的驅動代碼大小超過空間大小的情況無能为力。另外，BIOS的硬件服務程序都已16位代碼的形式存在，這就给運行於增強模式的操作系統訪問其服務造成了困難。因此BIOS提供的服務在現實中只能提供给操作系統引導程序或MS-DOS類操作系統使用。而EFI系統下的驅動並不是由可以直接運行在CPU上的代碼組成的，而是用EFI Byte Code編寫而成的。這是一組專用於EFI驅動的虛擬機器指令，必須在EFI驅動運行環境(Driver Execution Environment，或DXE)下被解釋運行。這就保證了充分的向下兼容性，打個比方說，一個帶有EFI驅動的擴展設備，既可以將其安裝在安騰處理器的系統中，也可以安裝於支持EFI的新PC系統中，而它的EFI驅動不需要重新編寫。這样就無需對系統升級帶來的兼容性因素作任何考慮。另外，由於EFI驅動開發簡單，所有的PC部件提供商都可以参與，情形非常類似於現代操作系統的開發模式，這個開發模式曾使Windows在短短的兩三年時間內成为功能強大，性能優越的操作系統。基於EFI的驅動模型可以使EFI系統接觸到所有的硬件功能，在操作操作系統運行以前瀏覽萬維網站不再是天方夜譚，甚至實現起來也非常簡單。這對基於傳統BIOS的系統來說是件不可能的任務，在BIOS中添加幾個簡單的USB設備支持都曾使很多BIOS設計師痛苦萬分，更何況除了添加對無數網络硬件的支持外，還得憑空構建一個16位模式下的TCP/IP協議棧。
一些人認为BIOS只不過是由於兼容性問題遺留下來的無足輕重的部分，不值得为它花費太大的升級努力。而反對者認为，當BIOS的出現制約了PC技術的發展時，必須有人對它作必要的改變。
EFI和操作系統
EFI在概念上非常類似於一個低階的操作系統，並且具有操控所有硬件資源的能力。不少人感覺它的不斷發展將有可能代替現代的操作系統。事實上，EFI的締造者們在第一版規範出台時就將EFI的能力限制於不足以威脅操作系統的統治地位。首先，它只是硬件和預启動軟件間的接口規範；其次，EFI環境下不提供中斷的訪問機制，也就是說每個EFI驅動程序必須用輪詢的方式來檢查硬件狀態，並且需要以解釋的方式運行，較操作系統下的驅動效率更低；再則，EFI系統不提供复雜的存儲器保護功能，它只具備簡單的存儲器管理機制，具體來說就是指運行在x86處理器的段保護模式下，以最大尋址能力为限把存儲器分为一個平坦的段，所有的程序都有權限存取任何一段位置，並不提供真實的保護服務。當EFI所有組件加載完畢時，系統可以開启一個類似於操作系統Shell的命令解釋環境，在這裏，用戶可以調入執行任何EFI應用程序，這些程序可以是硬件檢測及除錯軟件，引導管理，設置軟件，操作系統引導軟件等等。理論上來說，對於EFI應用程序的功能並沒有任何限制，任何人都可以編寫這類軟件，並且效果較以前MS-DOS下的軟件更華麗，功能更強大。一旦引導軟件將控制權交给操作系統，所有用於引導的服務代碼將全部停止工作，部分運行時代服務程序還可以繼續工作，以便於操作系統一時無法找到特定設備的驅動程序時，該設備還可以繼續被使用。
EFI的組成
一般認为，EFI由以下幾個部分組成：
1. Pre-EFI初始化模塊
2. EFI驅動執行環境
3. EFI驅動程序
4. 兼容性支持模塊(CSM)
5. EFI高層應用
6. GUID 磁盤分區
在實現中，EFI初始化模塊和驅動執行環境通常被集成在一個只讀存儲器中。Pre-EFI初始化程序在系統開機的時候最先得到執行，它負責最初的CPU，主橋及存儲器的初始化工作，緊接着載入EFI驅動執行環境(DXE)。當DXE被載入運行時，系統便具有了枚舉並加載其他EFI驅動的能力。在基於PCI架構的系統中，各PCI橋及PCI适配器的EFI驅動會被相繼加載及初始化；這時，系統進而枚舉並加載各橋接器及适配器後面的各種總線及設備驅動程序，周而复始，直到最後一個設備的驅動程序被成功加載。正因如此，EFI驅動程序可以放置於系統的任何位置，只要能保證它可以按順序被正確枚舉。例如一個具PCI總線接口的ATAPI大容量存儲适配器，其EFI驅動程序一般會放置在這個設備的符合PCI規範的擴展只讀存儲器(PCI Expansion ROM)中，當PCI總線驅動被加載完畢，並開始枚舉其子設備時，這個存儲适配器旋即被正確識別並加載它的驅動程序。部分EFI驅動程序還可以放置在某個磁盤的EFI專用分區中，只要這些驅動不是用於加載這個磁盤的驅動的必要部件。在EFI規範中，一種突破傳統MBR磁盤分區結構限制的GUID磁盤分區系統(GPT)被引入，新結構中，磁盤的分區數不再受限制(在MBR結構下，只能存在4個主分區)，並且分區類型將由GUID來表示。在眾多的分區類型中，EFI系統分區可以被EFI系統存取，用於存放部分驅動和應用程序。很多人擔心這將會導致新的安全性因素，因为EFI系統比傳統的BIOS更易於受到計算機病毒的攻擊，當一部分EFI驅動程序被破壞時，系統有可能面臨無法引導的情況。實際上，系統引導所依賴的EFI驅動部分通常都不會存放在EFI的GUID分區中，即使分區中的驅動程序遭到破壞，也可以用簡單的方法得到恢复，這與操作系統下的驅動程序的存儲習慣是一致的。CSM是在x86平台EFI系統中的一個特殊的模塊，它將为不具備EFI引導能力的操作系統提供類似於傳統BIOS的系統服務。
EFI的發展
英特爾無疑是推廣EFI的積極因素，近年來由於業界對其認識的不斷深入，更多的廠商正投入這方面的研究。包括英特爾，AMD在內的一些PC生產廠家聯合成立了聯合可擴展固件接口論壇，它將在近期推出第一版規範。這個組織將接手規劃EFI發展的重任，並將英特爾的EFI框架解釋为這個規範的一個具體實現。另外，各大BIOS提供商如Phoenix, AMI等，原先被認为是EFI發展的阻礙力量，現在也不斷的推出各自的解决方案。分析人士指出，這是由於BIOS廠商在EFI架構中重新找到了諸如Pre-EFI启動環境之類的市場位置，然而，隨着EFI在PC系統上的成功運用，以及英特爾新一代芯片組的推出，這一部分市場份額將會不出意料的在英特爾的掌控之中。